WO2009095573A1 - Moteur thermique de vehicule automobile a chambres de rendement eleve - Google Patents

Moteur thermique de vehicule automobile a chambres de rendement eleve Download PDF

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WO2009095573A1
WO2009095573A1 PCT/FR2009/050027 FR2009050027W WO2009095573A1 WO 2009095573 A1 WO2009095573 A1 WO 2009095573A1 FR 2009050027 W FR2009050027 W FR 2009050027W WO 2009095573 A1 WO2009095573 A1 WO 2009095573A1
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WO
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combustion chamber
intake
cylinder head
exhaust
duct
Prior art date
Application number
PCT/FR2009/050027
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English (en)
Inventor
Bruno Covin
David Dechaume
Alain Floch
Original Assignee
Renault S.A.S.
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Publication date
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    • F02B23/08—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with positive ignition
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04—Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
    • F02D13/0219—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only by shifting the phase, i.e. the opening periods of the valves are constant
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle engine.
  • the invention relates to a combustion engine of a motor vehicle, comprising a block, capped with a cylinder head, inside which is arranged a cylinder in which is mounted movable at least one piston, the cylinder head, the cylinder and the piston defining a associated combustion chamber of determined volumetric ratio which is capable of being supplied with fresh gas via an intake valve communicating with an intake duct formed in the cylinder head, in which at least one ignition is liable to cause the combustion of the fresh gases, and which is capable of evacuating burnt gases via an exhaust valve communicating with an exhaust duct formed in the cylinder head, the intake valves and exhaust being controlled via a camshaft-styling head.
  • Two-valve engines operating on gasoline generally have poorer combustion performance characteristics, particularly in terms of efficiency, combustion rate, and knock sensitivity than engines with four valves per cylinder.
  • Sensitivity to rattling is indirectly a limiting factor of consumption because it does not allow the use of high volumetric ratio.
  • volumetric ratio of a motor with two valves per cylinder is close to 9: 1 or 9.5: 1 then that of a four-valve engine per cylinder is close to 10.5: 1 or 1 1, 5: 1.
  • methane has slow laminar combustion rate characteristics.
  • the problem is therefore based on the design of a compact combustion chamber shape capable of accepting high combustion speeds allowing the use of a volumetric ratio greater than 10.5: 1, which is compatible with an engine operation. gasoline, or allowing the use of high volumetric ratios for operation with alternative fuels such as natural gas or ethanol.
  • One of the ways of reducing consumption is notably to increase the efficiency of the engine in charge by recycling the rate of flue gases.
  • An offset device placed on the camshaft increases the rate of residual burnt gases, with the negative effect of a decrease in the combustion rate and an increase in engine speed instabilities.
  • the problem therefore lies in the design of a combustion chamber adapted also for combustion with a high rate of recycled burnt gas.
  • Supercharging which allows an increase in the specific performance of an engine, is a way of reducing consumption.
  • the limiting factor is rattling, with as main cause the presence of residual burnt gases trapped in the combustion chamber at the end of compression.
  • the combination of gasoline direct injection and a camshaft shifter allows for increased sweeping of the combustion chamber at low engine speeds, thus reducing engine knocking sensitivity and increasing engine performance. engine.
  • the problem therefore lies in the design of a combustion chamber suitable for both direct injection and indirect injection.
  • Some small supercharged gasoline engines use a two-valve combustion chamber with two spark plugs.
  • Document FR-2,479,328 describes a combustion chamber with two valves per cylinder. This document mainly relates to combustion chambers with two spark plugs, for two valve patterns, that is to say the intake and exhaust valves are parallel or staggered.
  • the combustion chamber is contained in the cylinder head. The volumetric ratio is close to 10: 1, and fuel injection is performed in the intake ducts.
  • US-4,480,625 discloses and shows a combustion chamber shared between the cylinder head and the piston, a parallel valve motor, with a single spark plug, and two hunting zones. Increased turbulence is provided by a helical inlet duct.
  • US-4,359,981 discloses and shows a combustion chamber with two intake valves developed specifically for high compression volumetric ratios.
  • the combustion chamber is confined in the cylinder head under the intake and exhaust valves.
  • the piston is flat.
  • the chamber has a single spark plug and fuel injection is performed in the intake ducts.
  • US-5,915,353 and US-6,173,693 disclose and show a combustion chamber of a four-valve engine with direct injection of gasoline into the cylinder.
  • the injector is arranged under the inlet ducts.
  • the invention proposes a new architecture of a motor of the type previously, which is able to promote an optimal stirring of the gases in the combustion chamber, said stirring favoring the efficiency of said engine.
  • the invention proposes a motor of the type described above, characterized in that:
  • an upper wall of the combustion chamber is flat, and the combustion chamber is partly formed in the cylinder head and partly in the piston head, and
  • the volumetric ratio of the combustion chamber is between 9.5: 1 and 12: 1, and
  • valves open into the flat upper wall and are arranged vertically along a median axis of the cylinder head which is aligned parallel to the axis of the camshaft so as to be loaded directly by the camshaft, and
  • At least the intake duct has a shape adapted to cause a swirling flow or "swirl" along the axis of said duct, to provide a compact combustion chamber for a high mixing of the inlet gases and the use of fuels such as gasoline, natural gas or ethanol.
  • the cylinder head comprises at least one so-called “hunting zone” projecting into the combustion chamber
  • the so-called “flushing zone” protrudes into the combustion chamber behind an associated valve in order to increase the intensity of the vortex flow introduced into the combustion chamber through the intake duct during reduced throws of the valve associated and the engine comprises a camshaft shift device,
  • the cylinder head has two opposite parts called “hunting zones” protruding into the combustion chamber behind each valve,
  • At least one spark plug is arranged on the side of an intake or exhaust duct at the same distance from the intake and exhaust valves, an additional spark plug is arranged on the side of the exhaust duct or of admission at the same distance from the intake and exhaust valves,
  • a fuel injector is arranged in the intake duct
  • a spark plug is arranged on the exhaust duct side at the same distance from the intake and exhaust valves, and in that a fuel injector is arranged in the combustion chamber on the intake duct side. at the same distance from the intake and exhaust valves,
  • the engine comprises a supercharging device intended to compress the intake gases
  • the piston head is hollowed so that the volume of the combustion chamber is divided equally between the cylinder head and the piston, the combustion chamber being associated with a fuel of the gasoline type,
  • the piston head is reduced in the form of a lens in such a way that the volume of the combustion chamber is constituted for the most part by the cylinder head, the combustion chamber being associated with a fuel of the natural gas type or ethanol.
  • FIG. 1 is a view in axial section showing an engine comprising a cylinder head according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a view in axial section showing an engine comprising a cylinder head according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a view in axial section showing an engine comprising a cylinder head according to a third embodiment of the invention
  • FIG. 4 is in axial section showing an engine comprising a cylinder head according to a fourth embodiment of the invention.
  • FIGS. 5 to 7 are diagrammatic cross-sectional views of variants of a cylinder head according to the first embodiment of the invention.
  • FIGS. 8 to 10 are diagrammatic cross-sectional views of variants of a cylinder head according to the second embodiment of the invention.
  • FIGS. 1 1 to 13 are schematic cross-sectional views of variants of a cylinder head according to the third embodiment of the invention.
  • FIGS. 14 to 16 are schematic cross-sectional views of variants of a cylinder head according to the fourth embodiment of the invention.
  • FIGS. 1 to 4 show a motor vehicle engine 10 comprising a block 12 capped with a cylinder head 14, inside which is arranged a cylinder 16 in which at least one piston 18 is mounted.
  • the cylinder head 14, the cylinder 16 and the piston 18 delimit an associated combustion chamber 20 of a given volumetric ratio which can be supplied with fresh gas via an intake valve 22 communicating with a duct.
  • the intake and exhaust valves 24 are controlled by means of a camshaft 32 covering the cylinder head 14.
  • the engine 10 is provided whereby :
  • an upper wall 34 of the combustion chamber 20 is flat
  • the combustion chamber 20 comprises a part 36 formed in the cylinder head 14 and a part 38 formed in the piston head 18,
  • the volumetric ratio of the combustion chamber is between 9.5: 1 and 12: 1,
  • valves 24, 28 open into the flat upper wall 34 and are arranged vertically along a median axis "A" of the yoke 14 which is aligned parallel to the "B" axis of the camshaft 32 so as to be solicited directly by the camshaft 32,
  • At least the inlet duct 24 has a shape adapted to cause a swirling flow or "swirl" along the axis "C" of said duct 24.
  • the yoke 14 comprises at least a part 40 or 42 called "hunting zone" protruding into the combustion chamber 20.
  • the cylinder head 14 can, depending on the performance that is desires to have one or two hunting areas of small or large size.
  • flush zone (s) 40, 42 may be small in size, to provide a compact combustion chamber, as shown in FIGS. 5, 8, 12 and 14.
  • the yoke 14 may comprise at least one hunting zone 40 of high size, preferably arranged behind the admission valve 22, to provide a yoke increasing the swirling flow type "swirl". This configuration has been shown in Figures 6, 9, and 15.
  • the cylinder head may finally comprise two opposite parts 40 or 42 called “hunting zones", of high size projecting into the combustion chamber 20, to provide a cylinder head to promote turbulent flows. This configuration has been shown in Figures 7, 10, 13 and 16.
  • the two parts 40 and / or 42 known as "flushing zones" which project into the combustion chamber 20 respectively behind the associated valve 22 or 28, are intended to increase the intensity of the vortex flow introduced into the combustion chamber 20 through the inlet duct 24 for reduced lift of the valves.
  • This configuration associated with a device (not shown) of angular offset of the camshaft 32, ensures a high swirling flow of the inlet gas even for reduced lift of valves.
  • the optimization of the portion or "hunting zone" 42 when it is arranged on the side of the exhaust valve 28 as shown in FIGS. 7, 10, 13 and 16 makes it possible to increase the intensity of the the swirling flow of the inlet gases during the re-aspiration phase of residual flue gas remaining in the combustion chamber.
  • at least one spark plug 26 is arranged at the same distance from the intake and exhaust valves 22 28.
  • the cylinder head 14 comprises only a spark plug 26 arranged on the intake duct 24 side at the same distance from the intake and exhaust valves 22. 28.
  • the yoke 14 comprises only a spark plug 26 arranged on the exhaust duct 30 side at the same distance from the intake and exhaust valves 22. 28.
  • the cylinder head comprises a spark plug 26 arranged on the side of the intake duct 24 and an additional spark plug 44 which is arranged side of the exhaust duct 30 at the same distance from the intake and exhaust valves 22 and 28.
  • these first three embodiments will be associated with an indirect injection configuration.
  • a fuel injector 46 is arranged in the intake duct 24.
  • the engine 10 is more particularly associated with a direct injection configuration and it comprises a single spark plug 48 which is arranged from the exhaust duct 30 at the same distance from the intake and exhaust valves 22 and 28.
  • This configuration makes it possible to arrange a fuel injector 50 in the combustion chamber 20 on the intake duct 24 side at an inlet. same distance of the intake valves 22 and exhaust 28, and thus to promote the vortex flow of the gas mixture.
  • Each of these embodiments will preferably be associated with a supercharging device (not shown) for compressing the inlet gases.
  • the combustion chamber 20 has different characteristics of distribution of its volume, in order to influence the volumetric ratio of the combustion chamber 20.
  • piston 18 According to a first embodiment of the piston 18 which has been shown in Figures 1, 2, and 4 the piston head 18 is hollowed out so that the volume of the combustion chamber 20 is shared equally between the cylinder head 14 and the piston. piston 18, the combustion chamber 20, which has a reduced volumetric ratio, being associated with a fuel type gasoline.
  • the piston head 18 is reduced in the form of a lens so that the volume of the chamber 20 Most of the combustion consists of the cylinder head 14, the combustion chamber 20, which has a high volumetric ratio, being associated with a fuel type natural gas or ethanol.
  • a reduced digging piston head 18 is not specifically associated with the third embodiment of Fig. 3, but may be associated with any of the other embodiments of the invention.
  • the invention thus makes it possible to significantly improve the performance of a two-valve engine per cylinder.

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Abstract

L'invention propose un moteur (10) thermique de véhicule automobile, comportant un bloc (12), coiffé d'une culasse (14), à l'intérieur duquel est agencé un cylindre (16) dans lequel est monté mobile au moins un piston (18), la culasse (14), le cylindre (16) et le piston (18) délimitant une chambre (20) de combustion caractérisé en ce qu'une paroi supérieure (34) de la chambre (20) de combustion est plate, ladite chambre (20) de combustion étant répartie entre la culasse (14) et le piston (18), le rapport volumétrique de ladite chambre (20) est élevé, les soupapes sont verticales et sollicitées directement par un arbre à cames (32), la culasse (14) comporte au moins deux parties opposées dites "zones de chasse", faisant saillie dans la chambre (20) de combustion, et le conduit d'admission (24) présente une forme propre à provoquer un écoulement tourbillonnaire ou "swirl" suivant l'axe dudit conduit (24).

Description

"Moteur thermique de véhicule automobile à chambres de combustion de rendement élevé"
L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile.
L'invention concerne un moteur thermique de véhicule automobile, comportant un bloc, coiffé d'une culasse, à l'intérieur duquel est agencé un cylindre dans lequel est monté mobile au moins un piston, la culasse, le cylindre et le piston délimitant une chambre de combustion associée de rapport volumétrique déterminé qui est susceptible d'être alimentée en gaz frais par l'intermédiaire d'une soupape d'admission communiquant avec un conduit d'admission formé dans la culasse, au sein de laquelle au moins une bougie d'allumage est susceptible de provoquer la combustion des gaz frais, et qui est susceptible d'évacuer des gaz brûlés par l'intermédiaire d'une soupape d'échappement communiquant avec un conduit d'échappement formé dans la culasse, les soupapes d'admission et d'échappement étant commandées par l'intermédiaire d'un arbre à cames coiffant la culasse.
Les moteurs à deux soupapes par cylindre fonctionnant à l'essence présentent en général de moins bonnes caractéristiques de fonctionnement en combustion, notamment en terme de rendement, de vitesse de combustion, et de sensibilité au cliquetis que les moteurs à quatre soupapes par cylindre.
L'architecture d'un moteur à deux soupapes, qui impose une certaine compacité de la chambre de combustion et une excentration de la bougie, en est la principale raison.
La sensibilité au cliquetis est indirectement un facteur limitant de la consommation, car elle ne permet pas l'utilisation de rapport volumétrique élevé.
A titre d'exemple, le rapport volumétrique d'un moteur à deux soupapes par cylindre est voisin de 9:1 ou de 9,5: 1 alors que celui d'un moteur à quatre soupapes par cylindre est proche de 10,5 : 1 ou de 1 1 ,5:1 .
L'augmentation de la vitesse de combustion permet de réduire la sensibilité au cliquetis du moteur.
Les carburants alternatifs (méthane et carburant oxygénés) possèdent des propriétés antidétonantes supérieures à celles de l'essence, autorisant des rapports volumétriques de l'ordre de 12: 1 ou 13:1 , ce qui favorise les gains de rendement et de performances.
En particulier, le méthane présente des caractéristiques de vitesse de combustion laminaire lente.
La problématique repose donc sur la conception d'une forme de chambre de combustion compacte susceptible d'accepter des vitesses de combustions élevées permettant l'utilisation d'un rapport volumétrique supérieur à 10,5: 1 , qui soit compatible avec un fonctionnement du moteur à l'essence, ou permettant l'utilisation de rapports volumétrique élevés pour un fonctionnement avec des carburant alternatifs tels que du gaz naturel ou de l'éthanol.
Une des voies de la réduction de la consommation est notamment l'accroissement du rendement du moteur en charge par recyclage du taux de gaz brûlés. Un dispositif de décalage placé sur l'arbre à cames permet d'accroître le taux de gaz brûlés résiduels, avec comme effet négatif une diminution de la vitesse de combustion et une augmentation des instabilités de régime du moteur.
La problématique repose donc sur la conception d'une chambre de combustion adaptée également pour des combustions avec un fort taux de gaz brûlé recyclés.
La suralimentation, qui permet une augmentation des performances spécifiques d'un moteur, est une voie de la réduction de la consommation . Le facteur limitant est le cliquetis, avec comme cause principale la présence de gaz brûlés résiduels enfermés dans la chambre de combustion en fin de compression .
L'association de l'injection directe essence et d'un dispositif de décalage d'arbres à cames permet un accroissement du balayage de la chambre de combustion à bas régime, réduisant ainsi la sensibilité au cliquetis du moteur et permettant une augmentation des performances du moteur.
La problématique repose donc sur la conception d'une chambre de combustion adaptée aussi bien à l'injection directe qu'à l'injection indirecte.
Actuellement, les moteurs à deux soupapes sont optimisés pour un fonctionnement à l'essence sur une plage de rapport volumétrique comprise entre 9:1 et 10 :1 .
Certains petits moteurs à essence suralimentés utilisent une chambre de combustion à deux soupapes par cylindre avec deux bougies.
Le document FR-2.479.328 décrit une chambre de combustion à deux soupapes par cylindre. Ce document concerne principalement des chambres de combustion à deux bougies d'allumage, pour deux motifs de soupapes, c'est à dire des soupapes d'admission et d'échappement soit parallèles, soit décalées. La chambre de combustion est contenue dans la culasse. Le rapport volumétrique est proche de 10: 1 , et l'injection d'essence est réalisée dans les conduits d'admission .
Le document US-4.494.489 décrit et représente une chambre de combustion à soupapes d'admission et échappement décalées avec une seule bougie d'allumage. La chambre de combustion est aplatie, avec une zone de chasse opposée à la bougie permettant un accroissement de turbulence par un effet dit "de squish". L'injection d'essence est réalisée dans les conduits d'admission .
Le document US-4.480.625 décrit et représente une chambre de combustion partagée entre la culasse et le piston, d'un moteur à soupapes parallèles, avec une seule bougie d'allumage, et deux zone de chasses. L'accroissement des turbulences est assuré par un conduit d'admission hélicoïdal.
Le document US-4.359.981 décrit et représente une chambre de combustion à deux soupapes d'admission développée spécifiquement pour des rapports volumétriques de compression élevés. La chambre de combustion est confinée dans la culasse sous les soupapes d'admission et d'échappement. Le piston est plat. La chambre présente une seule bougie d'allumage et l'injection d'essence est réalisée dans les conduits d'admission.
Les documents US-5.915.353 et US-6.173.693 décrivent et représentent une chambre de combustion d'un moteur à quatre soupapes par cylindre avec une injection directe de l'essence dans le cylindre. L'injecteur est disposé .sous les conduits d'admission .
Le document US-6.039.019 porte sur l'adéquation du système de distribution avec une chambre de combustion à deux soupapes par cylindres et avec une injection directe de l'essence dans la combustion, et sur un double conduit d'admission permettant le contrôle de l'intensité de l'écoulement tourbillonnaire dit "swirl" dans le conduit d'admission .
Aucun de ces documents ne permet d'assurer une compatibilité de fonctionnement avec différents carburants tels que l'essence, le gaz naturel, ou l'éthanol, la suralimentation et l'injection directe.
Pour remédier à ces inconvénients, l'invention propose une nouvelle architecture d'un moteur du type précédemment, qui soit apte à favoriser un brassage optimal des gaz dans la chambre de combustion, ledit brassage favorisant le rendement dudit moteur.
Dans ce but, l'invention propose un moteur du type décrit précédemment, caractérisé en ce que :
- une paroi supérieure de la chambre de combustion est plate, et - la chambre de combustion est formée pour partie dans la culasse et pour partie dans la tête du piston, et
- le rapport volumétrique de la chambre de combustion est compris entre 9,5: 1 et 12: 1 , et
- les soupapes débouchent dans la paroi supérieure plate et sont agencées verticalement suivant un axe médian de la culasse qui est aligné parallèlement à l'axe de l'arbre à cames de manière à être sollicitées directement par l'arbre à cames, et
- au moins le conduit d'admission présente une forme propre à provoquer un écoulement tourbillonnaire ou "swirl" suivant l'axe dudit conduit, pour proposer une chambre de combustion compacte permettant un brassage élevé des gaz d'admission et l'utilisation de carburants tels que de l'essence, du gaz naturel ou de l'éthanol.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- la culasse comporte au moins une partie dite "zone de chasse", faisant saillie dans la chambre de combustion ,
- la partie dite "zone de chasse" est de taille réduite,
- la partie dite "zone de chasse" est de taille élevée,
- la partie dite "zone de chasse", fait saillie dans la chambre de combustion derrière une soupape associée pour accroître l'intensité de l'écoulement tourbillonnaire introduit dans la chambre de combustion par le conduit d'admission lors des levées réduites de la soupape associée et le moteur comporte un dispositif de décalage de l'arbre à cames,
- la culasse comporte deux parties opposées dites "zones de chasse", faisant saillie dans la chambre de combustion derrière chaque soupape,
- au moins une bougie d'allumage est agencée du côté d'un conduit d'admission ou bien d'échappement à une même distance des soupapes d'admission et d'échappement, - une bougie d'allumage supplémentaire est agencée du côté du conduit d'échappement ou bien d'admission à une même distance des soupapes d'admission et d'échappement,
- un injecteur de carburant est agencé dans le conduit d'admission,
- une bougie d'allumage est agencée du côté du conduit d'échappement à une même distance des soupapes d'admission et d'échappement, et en ce un injecteur de carburant est agencé dans la chambre de combustion du côté du conduit d'admission à une même distance des soupapes d'admission et d'échappement,
- le moteur comporte un dispositif de suralimentation destiné à comprimer les gaz d'admission,
- la tête du piston est creusée de manière que le volume de la chambre de combustion soit partagé de manière égale entre la culasse et le piston, la chambre de combustion étant associée à un carburant de type essence,
- la tête du piston est creusée de manière réduite sous la forme d'une lentille de manière que le volume de la chambre de combustion soit constitué en majeure partie par la culasse, la chambre de combustion étant associée à un carburant de type gaz naturel ou éthanol.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale représentant un moteur comportant une culasse selon un premier mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe axiale représentant un moteur comportant une culasse selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe axiale représentant un moteur comportant une culasse selon un troisième mode de réalisation de l'invention,
- la figure 4 est en coupe axiale représentant un moteur comportant une culasse selon un quatrième mode de réalisation de l'invention,
- les figures 5 à 7 sont des vues schématiques en coupe transversale de variantes d'une culasse selon le premier mode de réalisation de l'invention,
- les figures 8 à 10 sont des vues schématiques en coupe transversale de variantes d'une culasse selon le deuxième mode de réalisation de l'invention,
- les figures 1 1 à 13 sont des vues schématiques en coupe transversale de variantes d'une culasse selon le troisième mode de réalisation de l'invention ;
- les figures 14 à 16 sont des vues schématiques en coupe transversale de variantes d'une culasse selon le quatrième mode de réalisation de l'invention .
Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires.
On a représenté sur les figures 1 à 4 un moteur thermique 10 de véhicule automobile, comportant un bloc 12, coiffé d'une culasse 14, à l'intérieur duquel est agencé un cylindre 16 dans lequel est monté mobile au moins un piston 18.
La culasse 14, le cylindre 16 et le piston 18 délimitent une chambre 20 de combustion associée de rapport volumétrique déterminé qui est susceptible d'être alimentée en gaz frais par l'intermédiaire d'une soupape d'admission 22 communiquant avec un conduit d'admission 24 formé dans la culasse 14, au sein de laquelle au moins une bougie d'allumage 26 est susceptible de provoquer la combustion des gaz frais, et qui est susceptible d'évacuer des gaz brûlés par l'intermédiaire d'une soupape d'échappement 28 communiquant avec un conduit d'échappement 30 formé dans la culasse 14;
Les soupapes d'admission 24 et d'échappement 28 sont commandées par l'intermédiaire d'un arbre à cames 32 coiffant la culasse 14.
Conformément à l'invention, pour proposer une chambre de combustion 20 compacte permettant un brassage élevé des gaz d'admission et l'utilisation de carburants tels que de l'essence, du gaz naturel ou de l'éthanol, le moteur 10 est prévu de manière que :
- une paroi supérieure 34 de la chambre 20 de combustion est plate,
- la chambre 20 de combustion comporte une partie 36 formée dans la culasse 14 et une partie 38 formée dans la tête du piston 18,
- le rapport volumétrique de la chambre 20 de combustion est compris entre 9,5: 1 et 12: 1 ,
- les soupapes 24, 28 débouchent dans la paroi 34 supérieure plate et sont agencées verticalement suivant un axe "A" médian de la culasse 14 qui est aligné parallèlement à l'axe "B" de l'arbre à cames 32 de manière à être sollicitées directement par l'arbre à cames 32,
- au moins le conduit 24 d'admission présente une forme propre à provoquer un écoulement tourbillonnaire ou "swirl" suivant l'axe "C" dudit conduit 24.
Cette configuration s'applique à tous les moteurs faisant l'objet de l'invention .
Toutefois, pour améliorer les performances du moteur faisant l'objet de l'invention, la culasse 14 comporte au moins une partie 40 ou 42 dite "zone de chasse", faisant saillie dans la chambre 20 de combustion .
Cette configuration été représentée aux figures 1 à 10 et 12, 13. La culasse 14, peut selon les performances que l'on désire obtenir, comporter une ou deux zones de chasse, de taille réduite ou élevée.
Ainsi, la ou les zones de chasse 40, 42 peuvent être de taille réduite, pour proposer une chambre 20 de combustion compacte, comme représenté aux figures 5, 8, 12 et 14.
La culasse 14 peut comporter au moins une zone de chasse 40 de taille élevée, agencée de préférence derrière la soupape 22 d'admission, pour proposer une culasse augmentant les écoulements tourbillonnaires de type "swirl". Cette configuration a été représentée aux figures 6, 9, et 15.
La culasse peut enfin comporter deux parties opposées 40 ou 42 dites "zones de chasse", de taille élevée faisant saillie dans la chambre 20 de combustion, pour proposer une culasse favorisant les écoulements turbulents. Cette configuration a été représentée aux figures 7, 10 , 13 et 16.
Dans toutes ces configurations, à l'exception de la configuration de la figure 1 1 qui est dépourvue de zone de chasse, les deux parties 40 et/ou, 42 dites "zones de chasse", qui font saillie dans la chambre 20 de combustion respectivement derrière la soupape 22 ou 28 associée, sont destinées à accroître l'intensité de l'écoulement tourbillonnaire introduit dans la chambre 20 de combustion par le conduit d'admission 24 pour des levées réduites des soupapes.
Cette configuration, associée à un dispositif (non représenté) de décalage angulaire de l'arbre à cames 32, permet d'assurer un écoulement tourbillonnaire élevé des gaz d'admission même pour des levées réduites de soupapes.
En particulier, l'optimisation de la partie ou "zone de chasse" 42, lorsqu'elle est agencée du côté de la soupape 28 d'échappement comme représenté aux figures 7, 10, 13 et 16 permet d'accroître l'intensité de l'écoulement tourbillonnaire des gaz d'admission lors de la phase de ré-aspiration des gaz brûlés résiduels restant dans la chambre 20 de combustion . Selon des premier, deuxième et troisième modes de réalisation de la culasse 14 qui ont été représentés aux figures 1 , 2 et 3, au moins une bougie 26 d'allumage est agencée à une même distance des soupapes d'admission 22 et d'échappement 28.
Dans le premier mode de réalisation de la figure 1 et des figures 5 à 7, la culasse 14 ne comporte qu'une bougie 26 agencée du côté du conduit d'admission 24 à une même distance des soupapes d'admission 22 et d'échappement 28.
Dans le deuxième mode de réalisation de la figure 2 et des figures 8 à 10, la culasse 14 ne comporte qu'une bougie 26 agencée du côté du conduit d'échappement 30 à une même distance des soupapes d'admission 22 et d'échappement 28.
Enfin, dans le troisième mode réalisation de l'invention de la figure 3 et des figures 1 1 à 13, la culasse comporte une bougie 26 agencée du côté du conduit d'admission 24 et une bougie d'allumage 44 supplémentaire qui est agencée du côté du conduit d'échappement 30 à une même distance des soupapes d'admission 22 et d'échappement 28.
De préférence, ces trois premiers modes de réalisation seront associés à une configuration d'injection indirecte. Dans ce cas, un injecteur 46 de carburant est agencé dans le conduit d'admission 24.
Cette configuration a été représentée en association avec les différentes possibilités d'agencement des zones de chasse 40, 42 sur les figures 5 à 7 en ce qui concerne le premier mode de réalisation, sur les figures 8 à 10 en ce qui concerne le deuxième mode de réalisation de l'invention et sur les figures 1 1 à 13 en ce qui concerne le troisième mode de réalisation de l'invention.
Selon un quatrième mode de réalisation en variante de la culasse 14 qui est représenté à la figure 4, le moteur 10 est plus particulièrement associé à une configuration d'injection directe et il comporte une unique bougie d'allumage 48 qui est agencée du côté du conduit d'échappement 30 à une même distance des soupapes d'admission 22 et d'échappement 28. Cette configuration permet d'agencer un injecteur 50 de carburant dans la chambre 20 de combustion du côté du conduit 24 d'admission à une même distance des soupapes d'admission 22 et d'échappement 28, et donc de favoriser l'écoulement tourbillonnaire du mélange gazeux.
Chacun de ces modes de réalisation sera de préférence associé à un dispositif (non représenté) de suralimentation destiné à comprimer les gaz d'admission .
Selon le carburant qui devra être utilisé dans le moteur, la chambre 20 de combustion présente des caractéristiques différentes de répartition de son volume, ceci afin d'influer sur le rapport volumétrique de la chambre de combustion 20.
Selon un premier mode de réalisation du piston 18 qui a été représenté aux figures 1 , 2, et 4 la tête du piston 18 est creusée de manière que le volume de la chambre 20 de combustion soit partagé de manière égale entre la culasse 14 et le piston 18, la chambre de combustion 20, qui présente un rapport volumétrique réduit, étant associée à un carburant de type essence.
Selon un second mode de réalisation du piston 18 qui a été représenté à titre d'exemple à la figure 3, la tête du piston 18 est creusée de manière réduite sous la forme d'une lentille de manière que le volume de la chambre 20 de combustion soit constitué en majeure partie par la culasse 14, la chambre de combustion 20, qui présente un rapport volumétrique élevé, étant associée à un carburant de type gaz naturel ou éthanol.
Il sera compris qu'une tête de piston 18 creusée de manière réduite n'est pas spécifiquement associée au troisième mode de réalisation de la figure 3, mais peut être associé à n'importe lequel des autres modes de réalisation de l'invention. L'invention permet donc d'améliorer de manière significative les performances d'un moteur à deux soupapes par cylindre.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Moteur (10) thermique de véhicule automobile, comportant un bloc (12), coiffé d'une culasse (14), à l'intérieur duquel est agencé un cylindre (16) dans lequel est monté mobile au moins un piston (18), la culasse (14), le cylindre (16) et le piston (18) délimitant une chambre (20) de combustion associée de rapport volumétrique déterminé qui est susceptible d'être alimentée en gaz frais par l'intermédiaire d'une soupape d'admission (22) communiquant avec un conduit d'admission (24) formé dans la culasse (14), au sein de laquelle au moins une bougie d'allumage (26) est susceptible de provoquer la combustion des gaz frais, et qui est susceptible d'évacuer des gaz brûlés par l'intermédiaire d'une soupape d'échappement (28) communiquant avec un conduit d'échappement (30) formé dans la culasse (14), les soupapes d'admission (22) et d'échappement (28) étant commandées par l'intermédiaire d'un arbre (32) à cames coiffant la culasse (14), du type dans lequel :
- une paroi supérieure (34) de la chambre (20) de combustion est plate, et
- la chambre (20) de combustion est formée pour partie dans la culasse (14) et pour partie dans la tête du piston (18), et
- le rapport volumétrique de la chambre (20) de combustion est compris entre 9,5: 1 et 12: 1 , et
- les soupapes (22, 28) débouchent dans la paroi supérieure (34) plate et sont agencées verticalement suivant un axe (A) médian de la culasse qui est aligné parallèlement à l'axe (B) de l'arbre à cames (32) de manière à être sollicitées directement par l'arbre à cames (32), et
- au moins le conduit d'admission (24) présente une forme propre à provoquer un écoulement tourbillonnaire ou "swirl" suivant l'axe dudit conduit (24). - la culasse (14) comporte au moins une partie (40, 42) dite "zone de chasse", faisant saillie dans la chambre (20) de combustion caractérisé en ce que la partie (40, 42) dite "zone de chasse", fait saillie dans la chambre (20) de combustion derrière une soupape (22, 28) associée pour accroître l'intensité de l'écoulement tourbillonnaire introduit dans la chambre (20) de combustion par le conduit d'admission (24) lors des levées réduites de la soupape (22, 28) associée et en ce que le moteur (10) comporte un dispositif de décalage de l'arbre à cames (32).
2. Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie (40, 42) dite "zone de chasse" est de taille réduite.
3. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la partie (40, 42) dite "zone de chasse" est de taille élevée.
4. Moteur selon l'une des revendications précédente, caractérisé en ce que la culasse (14) comporte deux parties opposées (40, 42) dites "zones de chasse", faisant saillie dans la chambre (20) de combustion derrière chaque soupape (22, 28).
5. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une bougie d'allumage (26) est agencée du côté d'un conduit (24) d'admission ou bien d'échappement à une même distance des soupapes d'admission (22) et d'échappement (28).
6. Moteur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'une bougie d'allumage supplémentaire (44) est agencée du côté du conduit (30) d'échappement ou bien d'admission à une même distance des soupapes d'admission (22) et d'échappement (28).
7. Moteur (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un injecteur (46) de carburant est agencé dans le conduit d'admission (24).
8. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une bougie d'allumage (48) est agencée du côté du conduit d'échappement (30) à une même distance des soupapes d'admission (22) et d'échappement (28), et en ce qu'un injecteur (50) de carburant est agencé dans la chambre (20) de combustion du côté du conduit (24) d'admission à une même distance des soupapes d'admission (22) et d'échappement (24).
9. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de suralimentation destiné à comprimer les gaz d'admission .
10. Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête du piston (18) est creusée de manière que le volume de la chambre (20) de combustion soit partagé de manière égale entre la culasse (14) et le piston (18), la chambre (20) de combustion étant associée à un carburant de type essence.
1 1 . Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la tête du piston (18) est creusée de manière réduite sous la forme d'une lentille de manière que le volume de la chambre (20) de combustion soit constitué en majeure partie par la culasse (14), la chambre de combustion (20) étant associée à un carburant de type gaz naturel ou éthanol.
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